针对航天测控任务动力系统数据的特征建模和态势评估
发布时间：2021-08-31 01:10
在火箭飞行任务中,动力系统的工作状态对飞行成败至关重要,需要实时评估其运行态势。在发射场现有的评估方法中,能够用于实时评估的红线法对数据噪音敏感,实际应用中往往漏报率和误报率较高;专家系统维护成本过高,适用于成熟稳定的发动机型号,且一般用在事后的分析处理。研究人员曾经将机器学习方法应用到发动机试车和仿真数据中,但历次航天任务存留的实战数据尚被束之高阁,而与试车和仿真数据相比,实战数据具有更真实复杂的优势;机器学习方法在面对样本较少的数据集时,往往很难训练精确的模型,可以使用迁移学习的方法解决新研发动机数据量少的问题。着眼应用到发射场实时评估和事后分析的目标,首先收集发射场的多种型号发动机的近五年任务数据,去除野值,设计学习数据库结构,将数据样本按照发动机类型、不同运行阶段等存储到数据库中,以对各发动机的各阶段进行参数异常检测、系统故障诊断建模。通过DTW-AGNES聚类得到参数变化趋势的七种异常情况,然后针对不同发动机不同工作阶段的各类参数,构建特征工程得到合适的特征向量,使用不同的机器学习分类模型,对各发动机各工作阶段各参数进行训练和测试,并与传统方法中的包络法进行对比,得到与该参数...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３在动力系统不同工作过程中进行逐级评估的流程示意??
、精度??不一、且伴有噪声干扰，因此如果想使用机器学习方法进行研宄，那么对所用数??据进行特点和规律分析、并基于研宄目标和学习方法做好数据预处理工作便十??分重要。??３．１液体发动机实战测量数据特点??３．１．１遥测数据简介??首先对航天任务中的火箭遥测数据进行简单介绍，首先通过传感器、变换器??等近距离测量被测对象的各种物理量，然后通过采编器、调制器、天线等转换为??约定格式并远距离传输给地面遥测设备［９７］，包括控制系统参数、动力系统参数、??测量系统参数等，其信息流程如图３．１所示。以动力系统参数为例，按照所属火??箭的级可以分为助推动力参数、一级动力参数等，按照数据的连续与否可以分为??数字量和模拟量，按照变化频率可以分为速变参数和缓变参数［９８］。??丨箭上测置、调制、发送设备?丨［地面接收、解调设备?｜丨地面数据应用场景??ｙ＂变换器１?—?ｎ１１?ｎ?—?！！?＾?ｐ实时显不ｊ??、ｊ???调制?Ｉ丨?解调丨Ｉ数根ｒ?解码???ｊ??测Ｉ?？［￣１电倍号，多路复用龄，｜?＿ｉ＿Ｌ?｜?—多路复用＃发｜?Ｉ聚、解码鮮，！??＿?＊?ｉ?调制器?５?｜?！?Ｓ?调制器?丨丨处理、转?埋分析Ｉ??单ｊ??Ｊ?机｜?｜机?｜?！发中心??！??元！，传？Ｈ／?ｊ?ｊ?！?ｊ?，?＇??－ｊ?ｊ?｜?ｊ?＾［记录存盘｜?；??图３．１遥测数据从箭上到地面的信息流程??数字量是指在时间和数值上离散变化的参数，在火箭实战数据中，比如时??序时串类指令（也可称为事件时序参数），包括起飞触点接通、发动机点火、发动??机关闭等，还比如表示某元器件在不同时段开关状态的开关指令（也可称为开关
?第３章数据预处理???（ａ）单次单向跳变?（ｂ）多次单向跳变?（ｃ）多次多向跳变?（ｄ）脉冲跳变??ｊｎｎｊ?ｊｆｆｎｊ?Ｉ?ｊｎｎｊ??＾?＾?＾?？—ｌ?＾??藏?毅毅毅??时间?时间?时间?时间??（ｅ）单次单向渐变?（ｆ）多次单向渐变?（ｇ）多次多向渐变?（ｈ）保持不变??ｉＴ?ｒ＾＼??？??ｍ?／?ｍ?／?ｍ?／?＼?ｍ???＾?／?氣?Ｉ?ｕ?／?＼藏??时间?时间?时间?时间??图３．２用于实时评估的动力系统参数变化特点分类??３．２数据收集与整理??图３．１中遥测数据从箭上测量到处理分析之前的流程，包括测量、变换、调??制、发送、接收、解调、解码等，目前己经有较为成熟的方法，并已稳定应用??于发射场，因此本课题的输入来源接口即使用数据汇聚转发中心（以下简称汇??聚转发中心）解码后的数据。在研宄和应用阶段总共需要两个数据库，一个是用??于数据分析、特征工程、模型训练等机器学习方法，称为学习数据库（Ｌｅａｒｎｉｎｇ??ＤａｔａＢａｓｅ）；另一个是用于实战任务中，实时接收来自汇聚转发中心的数据，称为??应用数据库（Ａｐｐｌｙｉｎｇ?ＤａｔａＢａｓｅ）。??数据研究阶段的学习数据库，使用的是图３．１中存盘备份的数据，由图３．３可??见，不论是学习数据库还是应用数据库，其数据输入都是来自汇聚转发中心输出??的，因为仅做了解码加工，所以这一阶段的数据仍然具有种类多、量级大、有噪??声等特点，所以本课题同样需要对这一阶段的数据进行分析和预处理。??我国历史上火箭发射次数在３００次以上，但飞行任务及相应数据存盘都分??布在酒泉、太原、西昌、文昌
本文编号：3373872
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３在动力系统不同工作过程中进行逐级评估的流程示意??
、精度??不一、且伴有噪声干扰，因此如果想使用机器学习方法进行研宄，那么对所用数??据进行特点和规律分析、并基于研宄目标和学习方法做好数据预处理工作便十??分重要。??３．１液体发动机实战测量数据特点??３．１．１遥测数据简介??首先对航天任务中的火箭遥测数据进行简单介绍，首先通过传感器、变换器??等近距离测量被测对象的各种物理量，然后通过采编器、调制器、天线等转换为??约定格式并远距离传输给地面遥测设备［９７］，包括控制系统参数、动力系统参数、??测量系统参数等，其信息流程如图３．１所示。以动力系统参数为例，按照所属火??箭的级可以分为助推动力参数、一级动力参数等，按照数据的连续与否可以分为??数字量和模拟量，按照变化频率可以分为速变参数和缓变参数［９８］。??丨箭上测置、调制、发送设备?丨［地面接收、解调设备?｜丨地面数据应用场景??ｙ＂变换器１?—?ｎ１１?ｎ?—?！！?＾?ｐ实时显不ｊ??、ｊ???调制?Ｉ丨?解调丨Ｉ数根ｒ?解码???ｊ??测Ｉ?？［￣１电倍号，多路复用龄，｜?＿ｉ＿Ｌ?｜?—多路复用＃发｜?Ｉ聚、解码鮮，！??＿?＊?ｉ?调制器?５?｜?！?Ｓ?调制器?丨丨处理、转?埋分析Ｉ??单ｊ??Ｊ?机｜?｜机?｜?！发中心??！??元！，传？Ｈ／?ｊ?ｊ?！?ｊ?，?＇??－ｊ?ｊ?｜?ｊ?＾［记录存盘｜?；??图３．１遥测数据从箭上到地面的信息流程??数字量是指在时间和数值上离散变化的参数，在火箭实战数据中，比如时??序时串类指令（也可称为事件时序参数），包括起飞触点接通、发动机点火、发动??机关闭等，还比如表示某元器件在不同时段开关状态的开关指令（也可称为开关
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